一种低能耗、低碳排放的砷-有机物复合污染土壤修复方法与流程

1.本发明涉及一种复合污染土壤修复方法，特别是涉及一种低能耗、低碳排放的砷-有机物复合污染土壤修复方法。


背景技术：

2.由于工业生产及土壤污染过程的复杂性，我国现阶段大部分待修复地块都存在不同程度的复合污染。特别是华南地区工业发达且土壤砷普遍存在高背景值的现象，复合污染以砷-石油烃、砷-多环芳烃等情况较多，影响生态环境和人居环境安全。特别是这些地区的土壤性质以粘性土为主，减缓污染物迁移能力，修复难度较大。
3.对于砷等类金属污染物，稳定化技术凭借其工艺简易、可操作性强、规模化应用成熟等优势，得到了广泛应用。目前砷污染土壤稳定化主要是添加功能性稳定剂，使土壤中非稳定态砷被吸附并沉淀下来，改变砷的赋存方式，最终降低砷的环境风险。近年来对神的稳定化技术研究较多，已有多种稳定化效率高、修复成本低的稳定剂实现工程化应用，其中铁基材料凭借其价廉、易得、无毒、与砷相互作用强烈等优势受到广泛关注。
4.对于土壤有机污染物，热脱附技术是目前的主流去除技术，热脱附及相关技术在国际上已步入产业化阶段，在国内异位和原位热脱附技术广泛应用于难降解性或持久性有机物污染场地土壤的修复。实践表明，土壤理化性质、污染特征、热脱附运行参数较大程度上影响热脱附技术的效果。
5.对于复合污染土壤的修复，一般采取“先有机后无机”的方式，分步进行处置。该方式的修复效率较高，得到了普遍的应用。但是，分步处置具有以下不足之处：一是处置流程较长，不仅要配置两项工艺要求的所有设备和设施，还需要配套两项工艺之间的密闭连接空间和暂存空间；二是有机污染土修复后土壤性质发生改变，可能影响后续无机污染土安全处置效率，需要重新调节土壤粒径、ph、含水率等参数。上述过程都将提高修复用时、成本、能耗和碳排放量等，不利于绿色可持续修复发展。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种低能耗、低碳排放的砷-有机物复合污染土壤修复方法，以至少解决现有技术中复合污染土壤修复效率低、步骤多、能耗高、碳排放量高等问题。
7.本发明提供了一种低能耗、低碳排放的砷-有机物复合污染土壤修复方法，所述土壤修复方法包括热处理过程，所述热处理过程包括：对混有固定剂的土壤进行高温处理，所述固定剂为氯化金属盐。
8.进一步地，所述固定剂为三氯化铁。
9.进一步地，所述高温处理条件为315～537.7℃，处理10-60min，优选高温处理条件为350-450℃，处理20min。
10.进一步地，所述固定剂的添加剂量为土壤的0.8-1.0％。
11.进一步地，所述土壤修复方法还包括预处理过程，所述预处理过程包括：对污染土
壤进破碎筛分，并与固定剂混合均匀，得到混有固定剂的土壤。
12.更进一步地，筛分后所述污染土壤粒径不大于2cm。
13.更进一步地，所述污染土壤含水率低于80％。
14.更进一步地，所述污染土壤由复合污染土壤晾晒获得。
15.进一步地，所述土壤修复方法还包括养护回填过程，所述养护回填过程包括：对高温处理后的土壤进行污染物检测，若符合回填标准，则回填于规划回填区。
16.进一步地，所述热处理过程所用高温处理设备为回转窑式高温热脱附装备。
17.本发明与现有污染处理过程相比，通过一次热处理过程实现对有机污染物、砷污染物的同时处理，有效提高土壤修复效率，减少土壤修复步骤，降低修复过程中的碳排放及修复成本。
附图说明
18.图1为本发明实施例复合污染联合修复技术流程图；
19.图2为传统复合污染联合修复技术流程图。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。
21.本发明实施例的低能耗、低碳排放的砷-有机物复合污染土壤修复方法，包括步骤如下：
22.s1晾晒过程：取复合污染土壤进行晾晒，控制复合污染土壤含水率低于80％；
23.s2预处理过程：对污染土壤进破碎筛分，筛分后所述污染土壤粒径不大于2cm，与固定剂混合均匀，得到混有固定剂的土壤；
24.s3热处理过程：采用回转窑式高温热脱附装备，对混有固定剂的土壤进行高温处理(热脱附)；
25.s4养护回填过程：对高温处理后的土壤进行污染物检测，若符合回填标准，则回填于规划回填区。
26.本发明实施例所用固定剂为一般无水-三氯化铁，也可使用带结晶水的三氯化铁盐，但需根据重量折算；该材料成本低廉、获得容易，适合大规模使用。
27.本发明实施例复合污染土壤来源为广东某污染场地复合污染土壤。根据土壤污染状况调查和风险评估结果，场地土壤主要无机污染物为砷、锑、镉等，有机污染物为石油烃及多环芳烃等，复合污染土壤方量超过8000立方米。在土壤污染状况调查评估的基础上，精确划定复合污染修复开挖区域，采集不同区域的土壤样品，包括砷-石油烃复合污染土壤以及砷-多环芳烃复合污染土壤。具体信息如表1所示：
28.表1砷-石油烃/多环芳烃复合污染土壤信息
[0029][0030]
实施例
[0031]
称取相同量经干燥、破碎、筛分的3个复合污染区域土壤样品，将fecl3粉末(无水)与复合污染土壤充分混合后，采用最优热脱附条件参数进行热脱附。fecl3粉末(无水)添加剂量如下：0g/kg、0.42g/kg、2.1g/kg、4.2g/kg、8.4g/kg。所述热脱附条件参数为450℃、20min。
[0032]
本发明实施例具体实施条件如下：
[0033]
步骤1：利用阿鲁斗对复合污染土壤进行干燥、破碎、筛分等预处理，投入fecl3粉末并混合均匀；
[0034]
步骤2：对经步骤1处理过的土壤，经输送带送进热脱附设备进行热脱附及加热固化/稳定化；
[0035]
步骤3：处理后土壤在出料棚暂存，测定土壤理化性质和污染物含量，观察砷-石油烃/多环芳烃污染土壤修复效果。
[0036]
土壤修复效果测定方法如下：石油烃的检测方法参考《土壤和沉积物多环芳烃的测定高效液相色谱法》(hj 784-2016)；多环芳烃的检测方法参考《土壤和沉积物石油烃(c
10-c
40
)的测定气相色谱法》(hj 1021-2019)；土壤砷浸出浓度检测方法参考《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(hj/t299-2007)；《固体废物浸出毒性浸出方法水平震荡法》(hj/t557-2010)。
[0037]
处理后，检测结果如下表所示。
[0038]
表2同步热脱附 固化/稳定化处理结果
[0039]
[0040][0041]
如上表所示，在不同污染区域不同污染浓度、不同fecl3(无水)添加量下，热脱附后土壤中石油烃含量介于207～808mg/kg之间，去除率介于84.27～91.82％，低于《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(gb 36600-2018)第一类用地土壤污染风险筛选值(862mg/kg)。不同fecl3添加量下，热脱附后土壤中苯并[a]芘含量介于0.00～0.13mg/kg之间，去除率介于94.87～100％，低于《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(gb36600-2018)第一类用地土壤污染风险筛选值(0.55mg/kg)。与对照例相比，添加不同含量的fecl3(无水)，对石油烃或苯并[a]芘的去除率均没有显著的负面影响，部分处理甚至略有促进。
[0042]
本发明实施例利用三氯化铁，通过一次热脱附过程，形成同时固定土壤中砷和去除石油烃或多环芳烃的效果，从而提复合污染土壤修复效率，降低修复成本、能耗和碳排放量，实现绿色可持续修复。
[0043]
对照例
[0044]
对于上述复合污染土壤，采取传统手段进行修复，即先通过热脱附去除石油烃或多环芳烃后，再添加材料实现固化/稳定化。流程见图2。
[0045]
热脱附处理后，检测结果如下表所示：
[0046]
表3热脱附后复合污染土壤中污染物变化情况
[0047][0048][0049]
可见，热脱附后土壤中石油烃或多环芳烃含量下降明显，但砷的浸出率较高。与热脱附前相比，砷的健康风险和生态风险显著提高。热脱附后，利用硅酸盐等材料进行固化/稳定化。具体操作为：利用阿鲁斗对热脱附后的土壤进行破碎，并与固化/稳定化材料进行
充分混合；混合后，土壤在密闭大棚中静置养护，上覆hdpe膜防止扬尘，并定期调节含水率为20％左右。检测结果发现砷浸出率下降达90％以上。
[0050]
因此，本发明实施例对于砷，与对照例相比，添加氯化铁后砷的浸出浓度下降2.68％～72.13％；并且添加的氯化铁含量越高，热脱附反应后砷的浸出浓度越低。
[0051]
根据固定化及热脱附后的土壤砷形态分布可以确定，本发明实施例的联合修复技术对固定砷有效态具有良好效果，且铁基材料具有价廉、易得、无毒、与砷相互作用强烈等优势，在不造成二次污染的同时可以有效实现土壤的修复改良。
[0052]
在工程上，本发明实施例所需要的装备与一般热脱附过程(对照例)基本一致。与对照例相比，至少可减少：(1)一个负压大棚的建设和运行；(2)热脱附后土壤破碎、混合；(3)热脱附后、固化/稳定化前土壤覆盖。根据对照例，以5000立方米复合污染土壤计算，本例与常规热脱附工艺比较，需额外建设连接两项工艺的负压大棚一个，并在修复期间都需要运行。负压大棚尺寸为50*32*9m的钢结构膜棚(pvdf膜材)，膜材用量约3200m2。地面和基础使用钢筋混凝土，框架主体使用钢材，混凝土约500m3，钢材约70吨。负压大棚主要采用引风机运行，每小时耗电30-70kw，运行时间110天*24h。此外，修复前后土壤采用hdpe膜(厚度计1mm)覆盖，每立方米土壤(虚方)覆盖材料的使用量为0.5m2。因此，与对照例相比，本发明实施例至少可减少能耗35330.77kg标准煤(7.07kg标准煤/m3土壤)，碳排放可减少562.82t co2e(112.56kg co2e/m3)。
[0053]
表4复合污染土壤同步处置技术能耗减量情况
[0054][0055]
表5复合污染土壤同步处置技术碳排放减量情况*
[0056][0057]
*未计算pvdf及hdpe膜等材料运输、处置等过程隐含的碳排放，但实施例、对照例均具有该过程，可认为碳排放相同。
[0058]
综上所述，本发明实施例同时开展砷稳定化和有机物热脱附去除的联合修复，一
方面高效去除石油烃或多环芳烃，另一方面促进吸附态砷转变为与铁矿物紧密结合的同晶替代态砷，降低其浸出量可达72.13％。两种技术耦合的联合修复技术的使用显著简化了修复工艺流程，提高了复合污染土壤的修复效率、降低了修复成本和能耗。
[0059]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本技术说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。